平板层流边界层定常流动存在相似性解区域的分析

对于无限薄半有限长度的平板层流,布拉修斯(H.Blasius)等学者得到了全尺寸范围内的相似性解,并与尼古拉兹(J.Nikuradse)的试验数据十分相符.但对有限厚度平板,由于边界条件的变化和数学上的困难而未得到其相似性解.本文利用PHOENICS软件和MATLAB软件对无限薄平板和有限厚度平板的层流边界层定常流动过程进行了数值模拟计算,分析了边界层中速度分布存在相似性解的区域.计算和分析表明,对无限薄平板,数值模拟解与布拉修斯解完全吻合,而对有限厚度平板,仅在一定范围内存在相似性解.说明了利用PHOENICS软件对此类流动进行数值模拟计算的适用性和准确性.同时,也显示出采用计算流体力学软件解决流动问题的优越性.     

Karman边界层动量方程中的层流速度分布方程

针对层流流动,提出了一个新的指数型速度分布方程。将其代入karman边界层动量方程后,求得的边界层厚度、边界层中任意点的流速、平板壁面上的总曳力及曳力系数均与Basius精确解极为接近。     

一类层流边界层方程的近似解

对连续运动平板边界层问题进行了研究,其中平板以线性速度运动．通过引入适当的相似变换和Crocco变量变换技巧,将原边界层方程转化为一类奇异非线性两点边界值问题．利用Adomian拆分法给出了方程的近似解和壁摩擦力的近似值,并给出了壁摩擦力的数值解,近似解的可靠性被数值解所证明,也说明了我们所用方法的可靠性和有效性．     

平板层流边界层近似速度分布计算方法的改进

根据模仿权残法的思想,用积分方程近似求解零攻角平板边界层层流问题。在满足四个基本边界层条件的基础上,推出改进的平板边界层的近似速度分布多项式。其对应的摩擦阻力计算公式与精确解完全相同。同时,该多项式对应的曲线与精确解的速度分布曲线拟合很好。     

平板层流边界层近似速度分布计算方法的改进

根据模仿权残法的思想,用积分方程近似求解零攻角平板边界层层流问题.在满足四个基本边界层条件的基础上,推出改进的平板边界层的近似速度分布多项式.其对应的摩擦阻力计算公式与精确解完全相同.同时,该多项式对应的曲线与精确解的速度分布曲线拟合很好.     

平板层流边界层的最佳近似速度分布

通过对平板边界层微分方程精确解和平板边界层积分方程近似解的对比,对于零攻角平板层流边界层推出满足四个基本边界条件的最佳近似速度分布多项式,其对应的摩擦阻力计算公式,与精确解完全相同。同时,最佳近似速度分布多项式对应的曲线与精确解的速度分布曲线吻合最好。     

层流边界层流动数值计算的伪谱方法

通过引入身气泡的方法可减少船（或艇）在水中的摩擦阻力，作为这一问题的部分工作，对平板在自由来流情况下的层流边界层用伪谱方法进行了数值模拟，直接用伪谱矩阵方法对边界层方程进行离散计算，与经典结果相比较，本方法求解的结果精度一致，速度更快。     

纵掠平板速度和温度边界层湍流转捩区的积分方法

转捩边界层内壁面摩擦和传热特性急剧变化,转捩区的速度和温度分布特性研究具有重要理论意义.以外掠平板空气为研究对象,将自然转捩边界层沿厚度方向划分为层流底层和准湍流层两部分,采用三次多项式代表层流底层、1/7.5和1/7幂指数函数代表准湍流层速度和温度分布,利用积分方法建立了动量和能量积分方程组,获得了转捩区速度场和温度场的显式表达式,同时确定了壁面摩擦系数和努塞尔数大小,通过四阶龙格-库塔算法获得了动量和热边界层厚度大小,同数值解、DhawanNarasimha解(D-N解)和Coupland基准实验结果对比表明,给定条件下理论解精度达到4.8%,证明了理论模型的正确性,对提出的转捩边界层特征参数进行了参数研究,并给出间歇因子对层流底层的影响规律.     

幂律流体延伸表面逆来流边界层特性分析与数值模拟

首先利用量级分析理论对幂律流体延伸表面边界层流动进行分析,得到边界层厚度的量级和影响因素;引入量纲为1变量,将动量边界层的控制方程转化为量纲为1的控制方程组. 数值求解了具有不同幂律指数n的流体在平板逆来流且平板运动参数ζ不同的情况下的层流边界层流场,分析了幂律指数n和平板运动参数ζ对动量边界层厚度、量纲为1速度分布和量纲为1剪切力分布的影响规律. 结果表明,速度边界层的分布不仅和平板运动参数有关,而且和幂律指数有关.     

层流附面层的数值解

本文提出了一个求解二元定型不可压缩层流附面层数值解的方法.此法适用于给定了来流速度型时,求解平板附面层内速度分布及其它参数.解的收敛速度相当快,大大地节省了计算时间.利用IBM360/65计算机计算附面层速度型仅需几秒钟.计算结果与Blasius级数解比较,符合程度相当好.     

基于非标准分析湍流模型及其应用

基于自然界层次结构的非标准分析湍流理论是新近提出的湍流理论，它以Robinson的非标准分析为数理逻辑基础，从全新的角度得出了三阶精度湍流封闭方程，从理论上证明了粗网格数值计算理论的正确性，为湍流及湍流相关理论如燃烧的数值计算开辟了全新的发展空间.文中运用有限体积法数值求解忽略0(ε2)项的非标准分析湍流封闭基本方程，比较了平板速度边界层计算解和Blasius解，比较了两种不同湍流模型的计算结果，初步验证了非标准分析湍流理论的正确性.     

平板层流边界层方程的一种数值解法

本文给出了平板层流边界层方程一种简便的数值解法。该法在将边界层方程化为初值问题时,采用了解析表达式f″(O)=a=[1/limF′(η)]~(3/2),有了a值便可进行数值计算,步骤简捷,且有较高的计算精度。     

不同周期壁面局部微振动诱导边界层大涡结构

以平板边界层流动的Blasius解作为基本流场,利用直接数值模拟方法求解三维不可压缩N-S方程,研究了边界层中单个周期壁面局部微振动诱导大涡结构的过程.计算结果表明:壁面扰动完成时,周期为7.5,10和12.5诱导大涡结构的初始扰动速度与空间分布稍有差异.若周期为12.5,随着时间的增加,诱导形成的大涡结构扰动速度幅值不断增加,高低速条纹结构面积不断扩大;边界层近壁流向速度剖面存在较大拐点,雷诺应力明显大于周期为7.5和10的大涡结构.周期为7.5和10的诱导大涡结构较弱.壁面局部微振动可诱导边界层形成大涡结构,演化特性与局部微振动周期密切相关,周期越长,大涡结构强度也越大.     

平板表面边界层流态结构的数值模拟

采用γ-Reθt转捩模型对平板表面边界层进行了数值模拟,研究了边界层在法向和流向上的发展变化以及壁面粗糙度、来流风速、湍流度、压力梯度等因素对边界层发展的影响.研究结果表明:在转捩区间内壁面摩擦系数以及离壁面一定高度处的总压会发生突变,边界层厚度沿流向不断增厚但其增长率不断下降;层流边界层中黏应力占主导,湍流边界层中应...     

超音速平板边界层转捩中层流突变为湍流的机理——时间模式

采用时间模式对来流Mach数为4.5的平板边界层转捩过程做了直接数值模拟, 然后对结果进行分析. 发现在层流-湍流转捩的breakdown过程中, 层流剖面得以快速转变为湍流剖面的机理在于扰动增长后, 对平均剖面进行的修正导致了其稳定性特征的显著变化. 虽然在层流下第二模态T-S波更不稳定, 但在层流突变为湍流的过程中, 第一模态不稳定波却占主导作用.     

基于积分方法的外掠平板湍流温度场的解析解

外掠平板湍流流动特性是研究湍流传热特性的基本问题之一,具有重要的理论意义和工程应用价值.本文将外掠平板湍流温度边界层划分为层流底层和湍流核心区,分别采用三次多项式和1/5次幂函数描述温度场的分布规律,用积分方法建立能量方程,利用四阶龙格-库塔算法得到湍流温度场理论解.与Blackwell、Moffat和Kays等人的试验结果对比表明本文解析解的正确性,获得的理论解与经典普朗特-泰勒二层理论模型也具有较好的一致性.     

基于附面层的摩擦阻力数值算法研究

利用附面层的速度型求解壁面的空气剪切应力,进而求得摩擦阻力,由此计算了一维层流平板边界层和二维层流NACA0012翼型的摩擦阻力.平板边界层计算结果同布拉修斯理论解相比较,吻合性良好.翼型计算结果同实验数据比较发现,小攻角气流不产生分离的情况下,摩擦阻力值与实验数据接近,随着迎角增大,分离区的扩展,压差阻力的比重增加,计算误差明显增加.     

混合对流方程等价奇异积分方程的Galerkin数值解法

本文研究流体力学中在混合对流边界条件下,流经平板的边界层流问题。利用一个变换将边界层理论中的混合对流方程转化成与之等价的奇异积分方程,再运用变分原理与Galerkin公式求出该奇异积分边值问题的数值解。数值结果与文献[8]中的理论分析相吻合。     

层流边界层方程的Stewartson解法

介绍了采用斯蒂文森算法解完全流体的二维、定常、可压缩层流边界层方程的方法.先用斯蒂文森变换化简层流边界展方程,再用曲线拟合的方法具体求解出各参数.     

微分方程奇异摄动边界层问题的数值逼近解

通过对抛物型偏微分方程和一阶双曲型偏微分方程奇异摄动问题的讨论,提出了在使边界层的特性不至于丧失的前提下的边界层格式.对一类在Ω1和Ω2上的抛物型奇异摄动的初、边值问题进行了进一步研究,利用渐近方法、差分方法和常微分方程的二点边值问题的方法,求得了偏微分方程边界层问题的数值解.得到了当步长可取中等大小,h→0,τ→0,ε→0时,且当自由项函数和初、边值条件函数均为给定的充分光滑的函数,含有小参数ε(0<ε(＜＜)1)的一类偏微分方程奇异摄动问题的一致数值逼近解.并将此结论应用于实际问题中.